基于蓄电池维护的探究

吴刚

摘要：分析蓄电池运行常见故障现象及原因，总结出了维护方法及巡视检查的要点，对确保阀控式铅酸蓄电池的安全运行具有一定的指导意义。

关键词：阀控电池；浮充；寿命

1引言

蓄电池是直流系统中不可或缺的一部分,是电网的重要设备，也是变电站的重要后备电源。它为信号回路、控制回路、继电保护装置、自动装置、远动终端、逆变电源以及事故照明回路等提供可靠的直流电源，对保证变电站所有一、二次设备的安全稳定运行起着至关重要的作用。[1]变电站一条10kV线路发生三相短路故障，导致10kV母线电压降低，站用变380V侧输出电压降低，直流系统充电机模块因欠压保护动作退出运行，同时站内蓄电池组故障失效，造成直流母线失压，从而造成站内备自投装置、主变差动及两侧后备保护装置和所有保护测控一体化装置失电，在一次故障不能及时切除的情况下，进线侧某220KV变电站远后备保护动作，最终造成整个110kV站全站失压。由此可见，蓄电池组正常工作，对变电站的稳定运行有着极其重要的作用。

2阀控密封式铅酸蓄电池工作原理及主要参数

2.1阀控密封式铅酸蓄电池工作原理

VRLA蓄电池是以活性物质二氧化铅为正极、海绵状金属铅为负极、稀硫酸和蒸馏水按一定比例配制成电解液的电池。它由电池外壳、正负极板、电解液等部分组成。由于正、负极板上活性物质的性质不同，当两种不同极板放在同一种硫酸电解质溶液中时，它们分别发生不同的反应从而产生不同的电极电位。VRLA蓄电池内部，正、负极通过电解液构成电池的内部电路，VRLA蓄电池外部通过接通两极间的负载构成电池的外部电路。[2]

VRLA蓄电池的反应原理是放电时将电池内部的化学能转换成电能供给外系统，充电时将外部的电能转换成化学能存储起来。VRLA蓄电池放电时，正极板上的二氧化铅和负极板上的金属铅都会不断的反应生成为硫酸铅。因为硫酸铅的导电性很差，放电的过程中，VRLA蓄电池的内阻会不断增加。放电时，电解液中的硫酸会慢慢反应成水，导致硫酸的比重不断下降，电动势不断下降。放电到终止时，VRLA蓄电池的端电压从2V下降到1.8V。充电时，正极板上硫酸铅不断转变为二氧化铅，负极板上不断转变为金属铅与此同时蓄电池电解液中的硫酸浓度不断上升，水分子浓度不断降低，所以，蓄电池电解液中硫酸比重不断上升，内阻不断降低，VRLA蓄电池的电动势也不断上升。

2.2阀控密封式铅酸蓄电池主要参数

VRLA蓄电池主要包含有五个重要参数，分别电压、电流、温度、内阻、容量。电压是VRLA蓄电池当前运行状态最直接的表征，最能反映VRLA蓄电池当前的运行状况，蓄电池端电压的过高或过低，都会严重影响蓄电池的使用寿命。电流是蓄电池反应了蓄电池的功率输出或输入，过大的回路电流会对蓄电池极板造成一定的损伤，从而影响蓄电池的使用寿命。温度是影响蓄电池工作状态的主要参数，当VRLA蓄电池内部温度升高时，可增强蓄电池内部的电化学反应的能力，但也加速VRLA蓄电池电极的腐蚀；反之，当温度降低时，电解液变粘稠，其电化学反应减弱，内部的活性物质不能完全反应，会使得电解液的阻值增大。内阻是指电流通过电池时所受到的阻力，其大小会在充放电过程中不断变化。制造厂提供的蓄电池内阻值应与实际测试的蓄电池内阻值一致，出厂时允许偏差范围为±10%。容量通常是指用充足电的VRLA蓄电池在一定条件下进行放电，直到VRLA蓄电池两端电压放到规定的终止电压时蓄电池所能放出的电量，其反应的是蓄电池对外提供能量的大小。VRLA蓄电池内阻与蓄电池的剩余容量和剩余寿命均有着极为密切的关系，不管是VRLA蓄电池即将失效、容量不足或是充放电问题，都能从它的内阻变化中表现出来。研究显示：尤其是在容量少于40%时，内阻的增大幅度是远大于端电压的变化，而且它直接反应了VRLA蓄电池的老化和健康状态，通过监测VRLA蓄电池的内阻可以直接看出VRLA蓄电池的健康状态，及时更换老化的VRLA蓄电池。[3]

3阀控密封式铅酸蓄电池失效原因

3.1蓄电池失水

由于VRLA蓄电池的阴极吸收原理，使VRLA蓄电池在正常充电时其内部是不会溢出水的。然而，当VRLA蓄电池长期处于过充状态时，蓄电池内部生成的气体难以被吸收，当内部压力达到极限值时，就会通过排气阀向外排气，所以就会有气体的逸出。虽然通过滤酸垫，可以过滤掉逸出气体的酸雾，但毕竟损失了气体，也相当于失去了水分。由于VRLA蓄电池的失水，导致正极附近酸度增加，使得板栅变薄加速VRLA蓄电池的腐蚀，从而使得蓄电池的容量下降，最终导致VRLA蓄电池失效。

3.2极板硫酸盐化

VRLA蓄电池同普通铅酸蓄电池一样，在电量不足时，也要避免过度放电，尤其要绝对禁止深度放电。一旦发生过放电，VRLA蓄电池的正、负极栅板上会生成大量的大颗粒PbSO4结晶，而大量的PbSO4会使电解液失去活性，无法继续进行化学反应，长时间会造成极板硫酸盐化，降低栅极活性物质的孔率，缩短VRLA蓄电池的使用寿命。在日常维护中，为了有效地防止活性物质的硫酸盐化，要求电池始终处在充足电的状态下，同时不允许对电池过度放电。

3.3长期浮充电

目前，大多数VRLA蓄电池长期都处在浮充电的状态，即只充电不放电，这是很不合理的工作状态。经统计的大量资料表明，这样会使得VRLA蓄电池的极板发生钝化，从而造成蓄电池内阻迅速增大，实际容量远远低于其标准容量，从而导致蓄电池所能提供的实际后备供电时间大大缩短，减少其使用寿命。

4加强对蓄电池维护的有效方法

4.1加强蓄电池的日常维护

蓄电池失效除了直接体现在放电容量降低外，有些失效模式还会反映在电池运行工程中的电流，温度，电压及内阻等参数的变化，并在蓄电池外观上有所表现。因此，变电站运行人员在进行日常维护时候，应加强日常对蓄电池组外观巡视，如观察电池导轨、电池架无机械变形、锈蚀迹象，蓄电池壳体表面应光滑无破损、无漏液、无明显变形突起膨胀、烧坏迹象，观察蓄电池极柱表面应光滑无破损、无锈蚀物、极柱封口无明显变形突起膨胀、极柱和连接导体无热损坏或熔融迹象。同时每月对蓄电池的浮充电压、温度等参数进行记录，能够尽早发现电池失效，降低诸如电池漏液起火，负极汇流排断裂（断路失效）等严重的安全隐患。

4.2定期对蓄电池进行核对性放电试验

蓄电池在浮充运行过程中不可避免会发生老化失效，如何准确判断电池容量，及时发现失效电池对于提高变电站运行的安全性具有重要意义。核对性放电是准确测量电池容量的唯一方法，它以规定的放电电流进行恒流放电，当其中一个单体电池达到了规定的放电终止电压，即停止放电，然后根据放电电流和放电时间，计算出蓄电池组的实际容量。这种方法可以发现单体蓄电池的容量不足的问题，提高蓄电池运行的可靠性。一般来说，每隔1～2年对VRLA电池进行一次核对性放电，运行了6年以后的VRLA电池，应每年做一次核对性放电，重要变电站应适当缩短核对性容量放电周期，以便及时发现问题，提高变电站的安全性。

4.3正确设置蓄电池的浮充电压

VRLA电池一般通过浮充来补偿电池自放电以及维持氧复合循环的需要，使得电池能够保持在最佳的工作状态。浮充电压是VRLA电池运行工作的关键参数。浮充电压过高，浮充电流随之增大，腐蚀电流和氧复合电流增大，板栅腐蚀以及水损耗加剧，电池使用寿命降低；浮充电压过低，电池不能处于欠充电状态，引起负极不可逆硫酸盐化，导致电池容量衰减、使用寿命缩短。因此，必须合理设定VRLA电池浮充电压值。不同的VRLA电池生产厂家对浮充电压的要求不同，一

般设定2V型蓄电池的浮充电压值在2.23～2.28V之间。VRLA电池性能受环境温度的影响，浮充电压需要随环境温度变化而修正，即进行温度补偿，通常情况下基准温度为25℃，当温度每降低1℃，2V电池浮充电压值应增加3mV，反之应降低3mV。

5结语

VRLA电池是一个复杂的电化学过程体系，在变电站使用过程中很难准确判断电池的健康状态，给变电站安全运行带来隐患。本文分析了VRLA电池失效的各种原因，并针对性地提出变电站蓄电池巡视与维护的一些注意措施。通过蓄电池的科学合理维护，延长蓄电池使用寿命，提高蓄电池可靠性，使得蓄电池在事故情况下充分发挥其效能，保障变电站乃至整个电网的安全运行。

参考文献

[1]杨忠亮.直流电源系统综述[J].供用电,2015,33(2):14-18.

[2]赵宝良，姜晓飞.由一起变电站直流电源事件引发的蓄电池内阻探讨[J].供用电,2015,33(2):25-27.

[3]朱志海.变电站蓄电池组维护与管理[J].电气制造,2010,(08):62-63.

[4]胡晓霞.浅谈蓄电池维护管理的几点体会[J].科技与创新.2014,(24):60-61.

[5]张清华，张志军.电力变电站蓄电池远程充放电维护管理系统[J].电力信息与通信技术,2017,(01):46-50.